Набор "Механика Галилео" (60 опытов). Набор «Механика Галилео» (Научные развлечения) Механика галилео 60 занимательных опытов

Галилео Галилей, сын Винченцо Галилея, происходившего из обедневшего патрицианского рода, родился во Флоренции 15 февраля 1564 г. Флоренция в его время уже не была тем свободным городом, центром культурной жизни Италии и вообще Западной Европы, который дал великого поэта Данте Алигьери (1265-1321), архитектора Филиппо Брунеллески (1377-1446), живописца Леонардо да Винчи (1452-1519), политика Никколо Маккьявелли (1462-1527) и, наконец, скульптора Микеланджело Буонаротти (1475-1564) -свидетелей гибели свободы Флоренции и наступления феодально-католической реакции в Италии.

Эпоха Возрождения XIV-XV вв. была временем наивысшего расцвета городской жизни и культуры Италии. Близкое соседство с Византией, для которой в XIV в. росла угроза турецкого завоевания, способствовало бегству в Италию греческой интеллигенции, познакомившей итальянцев с греческим языком и античными классиками. В Италии стали развиваться литература и искусство, достигшие небывалой высоты. Средневековая схоластика заменялась гуманизмом, идеалом которого являлся гармонично развитый человек, далекий от аскетизма и умеющий красиво жить и свободно мыслить.

Вместе с тем нельзя не указать и на некоторые отрицательные стороны итальянского гуманизма. Крушение схоластического мировоззрения способствовало, как это характерно для переходных эпох, развитию мистических учений, которые особенно ярко проявились в XVI в.

Появилось также новое учение - философия Платона, которая сильно привилась в итальянских городах и больше всего во Флоренции. Наряду с развитием филологии, особенно классической, физико-математические науки не дали ни одного выдающегося представителя; новая астрономия Региомонтана , Пурбаха и Коперника создавалась вне Италии.

Развитие самостоятельности итальянских городов наряду с положительными имело и отрицательные качества: в то время как на Пиренейском полуострове, в Англии и во Франции, а также я на востоке Европы - в Чехии, Польше, Венгрии и России - складывались национальные государства, Италия представляла собой ряд разрозненных городских республик и сделалась ареной борьбы между Испанией и Францией в первой половине XVI в. Победительницей в этой борьбе оказалась Испания, подчинившая прямо или косвенно почти всю Италию, за исключением лишь Венеции. В 1527 г. Рим был взят и разграблен ландскнехтами Карла V, а после этого - и Флоренция, где городская республика была уничтожена, сделалась столицей тосканских герцогов из рода Медичи; эпоха Возрождения пришла к концу и сменилась феодальной реакцией.

В такой исторической эпохе развивалась научная деятельность Галилео Галилея (1564-1642). С 1589 по 1592 г. он работал преподавателем в Пизанском университете, в котором получил образование. Положение его в материальном отношении было очень тяжелым, и он переехал в Венецию, где стал профессором Падуанского университета. Годы его пребывания в Венеции (1592-1610) были наиболее счастливым временем его жизни: он приобрел большое количество друзей (недаром в его основных сочинениях «Диалоги о двух системах мира» и «Рассуждения о двух новых науках» действие происходит в Венеции, где закончилось формирование научного облика Галилея).

В 1609 г. в жизни Галилея произошло важное событие; услышав об изобретении в Голландии зрительной трубы, он сконструировал оптический прибор (телескоп), который демонстрировался венецианским властям и получил их одобрение. Первоначально этот прибор предназначался для земных наблюдений на далеких расстояниях, но в январе 1610 г. Галилей направил его на небо и увидел там множество звезд, не видимых невооруженным глазом; при этом он открыл структуру Млечного пути и обнаружил у Юпитера наличие четырех спутников. Результаты этих наблюдений, опубликованных в «Звездном Вестнике», произвели фурор в ученом мире.

О своих дальнейших наблюдениях (наличие фаз у Венеры и особая форма Сатурна) он сообщил в зашифрованном виде. Во второй половине 1610 г. спутников Юпитера обнаружили также астрономы-иезуиты Римской коллегии, и Галилей получил общее признание. Несмотря на удерживание со стороны венецианских друзей, он перешел на службу к тосканскому гердогу Козимо Медичи в качестве придворного философа и математика.

В последний период его деятельности (l610-1642) Основной задачей, кроме борьбы за систему Коперника, было подведение итогов своих исследований о движении свободно падающих и брошенных тяжелых тел.

Первая задача была им решена недостаточно удачно. Во-первых, он не понял, каким образом Коперник представлял себе движение Земли; он не знал разницы между настоящим вращением тела вокруг неподвижной оси и круговым поступательным движением; во-вторых, описанная им в «Диалогах о двух системах мира» система мира, по существу, воспроизводила уже отброшенную систему Аристарха Самосского.

Хотя Галилей и считал, что «книга природы написана математическими знаками», но на практике он далеко не всегда пользовался математикой, так как предполагал, что законы природы должны быть выражены очень просто. В этом отношении знаменательно, что Галилей был дружен с Кеплером, находился с ним в переписке и не мог не знать об его первом законе, по которому планеты движутся по эллипсам. Далее Галилей полагал возможным доказать правильность системы Коперника явлением приливов, как это делал за две тысячи лет до него Селевк Вавилонский. Наконец (и это самое главное), из всей теории Коперника Галилей лучше всего усвоил наиболее слабую ее часть, а именно: понятие о космической инерции.

Самым ценным у Галилея была не его астрономическая деятельность, а то, что он первым заложил основы новой динамики; важна не его критика системы Птолемея, а нанесенный им удар по динамике Аристотеля. Всем известен его «Диалог о двух главнейших системах мира» (Птолемеевой и Коперниковой ), но до. к онца XIX в. мало кто обращал внимание на его «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук». Этими двумя науками были сопротивление материалов и динамика; поэтому Галилея можно с полным правом назвать отцом двух этих новых отраслей физико-математических наук.

Рассмотрим динамику Галилея, которую он назвал «Наукой о движении относительно места» (movimenti lо cali ); зная классификацию видов движения в «Диалектике природы», можно хорошо понять значение этого термина.

Сочинение «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых начал» распадается на три части: о равномерном движении, о равномерно ускоренном движении и о принужденном движении брошенных тел.

Первая часть представляет интерес как последовательный этап в развитии понятия о скорости. В античной механике термина «скорость» еще не было. Имелись в виду более или менее скорые движения, равноскорые с самим собой, но скорость как особая величина не рассматривалась. У Галилея термин «скорость» имеется» но он не дает определения скорости или способа ее измерения, а говорит только об отношениях двух скоростей. Если два тела движутся равномерно, то отношение скоростей их равняется отношению пройденных расстояний, умноженному на обратное отношение времен движения.

Во второй части («О равномерно ускоренном движении») понятие скорости расширяется: если в первой части Галилей следует античной терминологии, то здесь употребляемые им выражения являются в основном теми, которыми пользовался автор XIV в. Николь Оресм .

Николь Оресм был наставником французского короля Карла V (1337-1380) и окончил жизнь епископом Лизье . Он принадлежит к числу средневековых ученых, ставших известными лишь в недавнее время и вызвавших немалый интерес историков науки. Его считали предшественником Коперника, поскольку он предполагал о возможности движения Земли; в действительности он считал, что центр тяжести Земли должен совпадать с центром мира, и если на поверхности Земли происходят какие-либо передвижения, изменявшие положение центра ее тяжести, то Земля тоже должна передвигаться, чтобы ее центр совпадал с центром мира.

Он был противником астрологии и доказывал ее ненадежность тем, что вследствие несоизмеримости периодов движения небесных тел невозможны точные повторения их соединений, квадратур, противостояний и т. д., на основании которых делались предсказания. Эти повторения были бы возможны только в том случае, если бы отношения периодов движений небесных тел выражались рациональными числами. Но если периоды планетных движений абсолютно независимы между собой, то вероятность рациональных их отношений равна нулю, так как мощность множества рациональных чисел (счетное множество) бесконечно мала по сравнению с мощностью континуума, которым измеряется множество действительных чисел.

Оресма считали изобретателем аналитической геометрии, поскольку он пользовался геометрическим изображением изменения переменных величин. Однако соответствующая теория, изложенная Оресмом в сочинении «De latitudinibus formarum » (заглавие переводят как «О протяжениях форм», или «О конфигурации качеств»), имела большое значение для исследований Галилея; более того, терминология Оресма и до сих пор в какой-то мере сохраняется в современной науке.

Пусть значение какой-либо величины остается постоянным с течением времени. Если по горизонтали отложить последовательные моменты времени, то концы полученных отрезков окажутся на прямой, параллельной той горизонтали, по которой отложено время. Такое изменение Оресм называл униформным (uniformis ), т. е. равномерным. Если исследуемая величина представляет скорость, то график последовательности отложенных отрезков являетсяпрямоугольником, площадь которого изображает графически расстояние s , пройденное за время t в равномерном движении со скоростью v (рис. 30).

Рис. 30

Если концы отложенных отрезков лежат на некоторой кривой, то изменение называется дифформным (difformis); если эта кривая-прямая линия, идущая из начальной точки отсчета, то соответствующее изменение называется равномерно-неравномерным (uniformiter difformis); в этом случае пройденное расстояние выражается площадью треугольника Obb′ или прямоугольника Oa"bb" :

т. е. оно равняется расстоянию, пройденному за то же время t в равномерном движении со скоростью, изображаемой отрезком аа′ соответствующей моменту времени, изображаемому отрезком Оа = Оb . Это построение и явилось исходным для теории переменного движения Известно, что движение свободно падающего тела ускоряется в процессе падения, но закон соответствующего изменения скорости долго оставался неизвестным; считали, что стремление тела к своему естественному месту увеличивается в зависимости от приближения падающего тела к этому месту. Приступая к определению этого закона, Галилей писал:

«Когда я замечаю, что камень, выведенный из состояния покоя и падающий со значительной высоты, приобретает все новое и новое приращение скорости, не должен ли я думать, что подобное приращение происходит в самой простой и ясной для всякого форме? Если мы внимательно всмотримся в дело, то найдем, что нет приращения более простого, чем происходящее всегда равномерно».

Для Галилея оставался невыясненным вопрос, будет ли это изменение пропорциональным пройденному пути или времени. После некоторых колебаний он склонился к мнению, что пропорциональность пройденному пути следует отбросить, и определил, что свободное падение есть равноускоренное движение, в котором в равные промежутки времени получаются и равные приращения скорости.

В этом отношении интересна разница между взглядами Галилея и Кеплера. Круговое движение планет у Галилея Кеплер заменил более сложным движением по эллипсам; в случае свободного падения он нашел, что скорость падения возрастает пропорционально квадратному корню из пройденного пути.

Галилей сначала теоретически, а затем и опытным путем установил, что пройденные пути за первую, вторую, третью и т. д. секунды возрастают пропорционально ряду последовательных нечетных чисел: 1:3:5 и т. д. Затем он вывел закон изменения скорости пропорционально времени:

и пройденного пути пропорционально квадрату времени

Соответствующие измерения Галилей производил на наклонных плоскостях, учитывая данные Иорданом Неморарием изменения тяжести в зависимости от положения.

Динамические воззрения Галилея легко обнаруживаются из следующих слов:

«Рассматривая тело, брошенное вверх, я нахожу, что сила, давшая ему первоначальное движение, постепенно уменьшается; сила эта поднимает тело до тех пор, пока она превосходит противодействующую силу тяжести; но как только эти силы уравновешиваются, тело перестает подниматься и переходит в состояние покоя. При этом первоначально сообщенный импульс уничтожается не чем иным, как постепенным погашением первоначального излишка его над весом тела, каковой заставляет тело двигаться вверх. Так как уменьшение этого импульса продолжается, следствием чего является перевес силы тяжести, то начинается обратное движение, или падение тела, происходящее вначале медленно, вследствие противодействия первой силы, значительная часть которой еще сохраняется в теле; но так как эта последняя постепенно уменьшается и все в большей степени преодолевается силой тяжести, то отсюда и возникло постепенное ускорение движения».

Галилей считал, что сила, двигавшая камень первоначально вверх, исчезает:

«Факт покоя, предшествующего падению камня и продолжающегося долгое или короткое время, или же одно лишь мгновение, не имеет никакого значения, так как камень не падает до тех пор, пока находится под действием силы, противодействующей его тяжести и достаточной для того, чтобы удержать его в покое».

Отсюда становится совершенно ясным, что падение камня, которое Аристотель считал естественным, совершающимся без приложения какой-либо силы, в действительности является насильственным, происходящим под действием силы тяжести. Это была «первая брешь в стенах крепости Аристотелевой динамики». Кроме того, Галилей определил закон движения, совершающегося под действием постоянной силы; сейчас это соответствует тому, что постоянная сила производит постоянное ускорение, но во времена Галилея вплоть до самого XIX в. термин «ускорение» был неизвестен.

Этим исследования Галилея не заканчиваются; он решает стоящую в начале XVI в. баллистическую задачу - определяет траекторию тела, брошенного под углом к горизонту; при помощи сложения движений он показывает, что при отсутствии сопротивления воздуха эта траектория была бы параболой.

Первым, оценившим громадное значение Галилея в деле создания новой динамики, был Эрнст Мах в своей книге «Die Mechanic in ihrer Entwicklung» (1883). В дальнейшем слава Галилея как механика распространялась очень широко. Ему стали приписывать не только открытие второго закона Ньютона, на что, как видно, на предыдущего, он имел некоторое право, но даже и открытие пёрвого закона. Подробное исследование произведений Галилея показывает, что закон инерции он знал только в той форме, в какой он имеется у Коперника, - в форме закона космической инерции; движение тела, на которое не действуют силы, является равномерным движением по окружности.

Посмотрим, как Галилей показывал несостоятельность некоторых возражений, приводимых против вращения Земли. В просторном помещении под палубой корабля находился сосуд с истекающей из него водой и с плавающими рыбками, летающие мухи, бабочки и др. Если корабль движется равномерно и без качки в ту или другую сторону, то все явления внутри этого помещения происходят совершенно так же, как и в случае, когда корабль стоит неподвижно. При использовании этого для доказательства так называемого Галилеева принципа относительности необходимо учитывать, что равномерное движение корабля без изменения курса совершается не по прямой линии, а по окружности большого круга.

Можно привести и более сильное доказательство в пользу того, что закон инерции у Галилея понимался в смысле космической инерции. В «Диалоге о двух главнейших системах мира» утверждается, что мир есть тело, в высшей степени совершенное , и что в отношениях его частей должен господствовать наивысший и наисовершеннейший порядок.

Установив такое начало, из него можно непосредственно сделать вывод, что если тела, составляющие Вселенную, должны по природе своей обладать движением, то невозможно, чтобы движения их были прямолинейными и вообще какими бы то ни было, кроме как круговыми. То, что движется прямолинейным движением, меняет место и все больше удаляется от своей исходной точки; если такое движение ему естественно присуще, то оно с самого начала не находилось на своем естественном месте, значит, части Вселенной не расположены в совершенном порядке; стало быть, невозможно допустить, чтобы им, как таковым, по природе было свойственно менять места, т. е. двигаться прямолинейно.

Кроме того, так как прямолинейное движение по своей природе бесконечно, ибо прямая линия бесконечна и неопределенна, то невозможно, чтобы что-нибудь, движущееся от природы, обладало свойством движения по прямой линии, т. е. к цели, достигнуть которую невозможно. Если бы кто-нибудь стал утверждать, что природа произвольно намечает некоторые пределы и вкладывает в свои естественные тела естественные побуждения двигаться к этим пределам, то это подходит для мифа о том, что получилось из первичного хаоса. Для приведения его в порядок природа очень удачно воспользовалась прямолинейными движениями, которые пригодны для того, чтобы ввести должный порядок в беспорядочные отношения.

Но после того как достигнуто наилучшее распределение и размещение, невозможно, чтобы в телах оставалась естественная склонность к прямолинейному движению, в результате которого получились бы только отклонения от надлежащего и естественного места. Прямолинейное движение может доставлять материал для сооружения; но раз последнее готово, то оно или остается неподвижным, идо если и обладает движением, то только круговым.

Приведенный текст не оставляет никакого сомнения в том, что во всяком случае в год окончания «Диалога о двух главнейших системах мира» (1630) Галилей полностью придерживался идей Коперника о законе космической инерции.

Второе основное произведение Галилея «Беседа о двух новых науках» было закончено после катастрофы 1633 г. и вышло незадолго до смерти Галилея в 1638 г. в Нидерландах.

Исследуя движение брошенных тел, Галилей писал, что когда тело движется по горизонтальной плоскости, не встречая никакого сопротивления движению, то, как уже ясно из всего изложенного выше, движение его является равномерным и продолжалось бы бесконечно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца. Если же плоскость конечна и расположена высоко, то тело, имеющее вес, достигнув конца плоскости, продолжает двигаться далее таким образом, что к его первоначальному равномерному беспрепятственному движению присоединяется другое, вызываемое силой тяжести, благодаря чему возникает сложное движение, слагающееся из равномерного горизонтального и естественного ускоренного движения; он его называл движением бросаемых тел.

Галилей доказывал, что траектория получающегося движения является полупараболой. Прочитав приведенную выше формулировку, можно сделать вывод, что в ней достаточно ясно выражено положение об инерционности по крайней мере горизонтального равномерного движения. Однако такой вывод был бы несколько преждевременным.

Участник диалога «официальный оппонент» Сагредо указал, что ось полученной полупараболы должна быть перпендикулярна к горизонту и оканчиваться в центре Земли. Так как горизонтальное составляющее движение все время удаляет брошенное тело от оси параболы, то никакое брошенное тело не может окончить движение в центре Земли; следовательно, действительная траектория падающего тела не может быть указанной полупараболой. В движении по упомянутой горизонтальной плоскости тело все время удаляется от центра Земли, так что и это горизонтальное движение не может быть равномерным.

Архимед в своей механике и книге о квадратуре параболы принимает как правильный принцип, что коромысло весов является прямой линией, равноудаленной во всех своих точках от общего центра всех тяжелых тел, и что нити, к которым подвешены тяжелые тела, параллельны между собой. Как Архимед, так и другие ученые, исходили в своих рассуждениях из предположения бесконечной удаленности от нас земного центра. При такой предпосылке заключения их совершенно справедливы и доказательства абсолютно строги .

Таким образом, вся теория является лишь некоторым приближением к действительности, когда небольшая дуга окружности может быть принята за отрезок прямой. Следовательно, Галилею нельзя приписать честь открытия общего закона инерции: он знал его только в той форме, которую ему придал Коперник, где траекториями инерционного движения были окружности. Честь открытия закона инерции принадлежит Декарту.

email: [email protected]

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Строительная механика

Набор «Механика Галилео» наглядно демонстрирует нам основы механики - одного из разделов физики. Почему течет вода? Как держать равновесие и измерить силу? Почему отскок шара на бильярдном столе можно предугадать? На эти и другие вопросы Вы сможете ответить своему ребенку при помощи набора «Механика Галилео». Ребенок получит представление об окружающем мире, о природе физических явлений и заинтересуется наукой. Пытливость ума - вот главное условие развития гармоничной личности.
В состав набора входят:
1. Рабочее поле 1 шт. Вырубка, картон.
2. Нога 2 шт. Вырубка, картон.
3. Булавка большая 4 шт. Вырубка, картон.
4. Булавка малая 2 шт. Вырубка, картон.
5. Перекладина узкая 1 шт. Вырубка, картон.
6. Перекладина широкая 1 шт. Вырубка, картон.
7. Желоб 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
8. Желоб длинный 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
9. Держатель без окна 2 шт. Вырубка, картон.
10. Держатель с окнами 1 шт. Вырубка, картон.
11. Башня перекладина 1 шт. Вырубка, картон.
12. Башня развертка 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
13. Динамометр флажок 1 шт. Вырубка, картон.
14. Динамометр развертка 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
15. Подставка под рабочее поле 2 шт. Вырубка, картон.
16. Рельсы 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
17. Рычаг развертка 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
18. Полоса ABC 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
19. Булавка малая тонкая 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
20. Круг с 2 отверстиями 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
21. Круг с центральным отверстием 6 шт. Вырубка, гофрокартон.
22. Круг со смещенным отверстием 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
23. Шар малый 10 мм 4 шт.
24. Шар средний 18 мм 3 шт.
25. Шар большой 32 мм 1 шт.
26. Шар для пинг-понга 1 шт.
27. Магнит кольцевой большой 40 мм 2 шт.
28. Полосовой магнит 1 шт.
29. Крючок 8 шт.
30. Катушка 1 шт.
31. Кювета 1 шт.
32. Шприц 10 мл 1 шт.
33. Пористый пластик (квадрат) 1 шт.
34. Резинка моток 1 м
35. Нить моток 1,5 м
36. Зубочистки 10 шт.
37. Банка мыльных пузырей 1 шт.
38. Копировальная бумага 2 листа
39. Самоклеящаяся бумага 1/4 листа
40. Стробоскоп 1 шт.
41. Батарейка АА 3 шт.
42. Кнопки силовые 3 шт.
43. Ложемент 1 шт.
44. Коробка 1 шт.
С помощью входящей в набор инструкции Вы сможете провести 60 экспериментов из различных разделов механики.
Шар на наклонной плоскости
1. Шарик на наклонной плоскости 1
2. Шарик на наклонной плоскости 2
3. Шарик на наклонной плоскости 3
4. Опыт Галилея с легкими шарами
5. Сопротивление воздуха.
Как собрать экспериментальную установку
6. Шарик в желобе
7. Вода и песок
8. Вода и лед
9. Сырое и вареное яйцо
10. Перевертыш
11. Под горку... вверх
Системы отсчета. Траектории
12. Траектория
13. Движущаяся система отсчета
14. Кто точнее
15. Траектория полета снаряда
Столкновения шаров. 16. Столкновение шаров одинаковой массы на бифилярном подвесе
17. Столкновение шаров различной массы
18. Практикум юного бильярдиста
19. Удар с накатом
20. Удар с оттягом
21. Упругий и неупругий удар
22. Изучение отскока шарика при упругом и неупругом ударе
23. Определение твердости материала по глубине лунки
Движение шарика в силовом поле.
24. Движение шарика в магнитном поле
25. Движение шарика в магнитном поле при различной скорости
26. Движение шара в отталкивающем поле
27. Понятие потенциального барьера
28. Движение шара в потенциальной яме
Сила. Измерение силы.
29. Динамометр
30. Измерение веса тела
31. Сила Архимеда
32. Измерение силы магнитного притяжения
33. Измерение силы трения скольжения
Простые механизмы. Равновесие.
34. Наклонная плоскость
35. Балка, ребро жесткости
36. Правило рычага
37. Деформации при изгибе, растяжении, сжатии и кручении
38. Равновесие. Центр тяжести
39. Когда упадет Пизанская башня?
Колебания
40. Математический маятник
41. Модель маятника Фуко
42. Резонанс. Передача энергии от одного маятника другому
43. Упругие колебания
44. Вязкое трение. Демпфирование. Амортизатор
45. Крутильные весы. Измерение электростатических и магнитных сил
46. Крутильные колебания. Вязкость
47. Вращение кольца
48. Дедушкина игрушка (вынужденные крутильные колебания)
49. Модель Земли
50. Маятник Максвелла
Вращение
51. Волчок
52. Оптические фокусы
53. Парадокс с катушкой
54. Ученая банка
55. Смерч у вас дома
56. Поверхностное натяжение
Получение изображения с помощью метода многократных вспышек. Стробоскоп.
57. Наблюдение стробоскопического изображения математического маятника
58. Стробоскопическое изображение вращающейся вертушки
59. Стробоскопическое изображение струи воды
60. Наблюдение волн на поверхности воды
Упаковка - картонная коробка, 320х410х60 мм.

Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте - http://vk.com/chipidip,
и Facebook - https://www.facebook.com/chipidip

*
Загадочные формулы, таинственные знаки, сложные механизмы взаимодействия, объясняющие все - от рождения нашей вселенной до разрушения межатомных связей. Только мир физики открывает столь широкий горизонт знания, и именно это делает его таким привлекательным для изучения. Предназначенный для школьников от 7 до 15 лет Набор "Механика Галилео" даст возможность окунуться в мир физики, начиная с ее истоков и позволит провести 60 экспериментов по разделам: движение по наклонной плоскости, системы отсчета и траектории, столкновение шаров, сила и измерение её, движение в силовом поле, простые механизмы, равновесие, колебания, вращения. Подробное описание всех опытов содержится в прилагаемом к набору прекрасно оформленном руководстве. Набор упакован в красочную коробку, сразу привлекающую к себе внимание. Проведем несколько опытов с помощью этого замечательного набора. Шарик на наклонной плоскости.Проверим экспериментально, какой шар спуститься с горки быстрее - маленький или большой. Отпустим с горки два разных шара. Мы убедились, что тяжелые шары разных масс катятся вниз по одной и той же наклонной плоскости с одной и той же скоростью. Это правило выполняется для любого угла к горизонтали, под которым наклонена плоскость. Так как шары тяжелые, то сопротивлением воздуха можно пренебречь, и, как и Галилей, заключить, что свободно падающие тела пролетят равные расстояния за равное время независимо от их веса. Правило рычага.Еще древние египтяне использовали рычаг для увеличения подъемной силы, и данный опыт наглядно иллюстрирует правило рычага. Соберем установку, закрепив с помощью крючка рычаг на опоре установки. На один конец рычага подвесим груз, а к другому концу рычага прикрепим резинку динамометра. Подберём чувствительность динамометра (длину резинки) так, чтобы отклонение указателя было максимальным. Перемещая груз по направлению к центру рычага мы сможем наблюдать уменьшение усилия на динамометре. Один и то же груз мы можем поднимать с меньшей силой. Однако наша радость может быть несколько омрачена тем, что при повороте рычага на один и тот же угол высота подъема будет значительно меньше, чем в том случае, когда груз висел на конце рычага. К сожалению, в природе не бывает бесплатных выигрышей. СтолкновениеЗадумывались ли вы когда-нибудь, о том, что происходит в момент столкновения двух тел? Давайте попробуем разобраться. Чтобы исключить любое вращение закрепим два шара на двух нитях специальным образом, такой подвес шаров называется бифилярным. ...

Видео Набор «Механика Галилео» канала Чип и Дип

Механика Галилея(принцип инерции, понятие иррациональных систем отсчёта, принцип относительности движения, принцип суперпозиции.) Анализ неравномерного движения. Закон падения тел. Закон маятника.

Галиле́о Галиле́й (итал. Galileo Galilei; 15 февраля 1564, Пиза - 8 января 1642, Арчетри) итальянский физик, механик, астроном,философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Он первым использовал телескоп для наблюдениянебесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей - основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики. При жизни был известен как активный сторонник гелиоцентрической системы мира, что привело Галилея к серьёзному конфликту скатолической церковью. В формировании классической механики и утверждении нового мировоззрения велика заслуга Галилео Галилея. Галилей родился в тот год (1564), когда умер Микеланджело и родился Шекспир. Галилей - выдающаяся личность переходной эпохи от Возрождения к Новому времени. С прошлым его сближает еще многое. Так, он не определился с вопросом о бесконечности мира; не признавал законов Кеплера ; у него нет еще представления о том, что тела движутся в «плоском» однородном пространстве благодаря их взаимодействиям, и др. Но в то же время он весь устремлен в будущее - он открывает дорогу математическому естествознанию. Он был уверен, что «законы природы написаны на языке математики»; его стихия - мысленные кинематические и динамические эксперименты, логические конструкции; главный пафос его творчества - возможность рационального постижения законов природы. Смысл своего творчества он видит в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилей закладывает основы экспериментального естествознания, показывая, что естествознание требует умения делать научные обобщения из опыта, а эксперимент - важнейший метод научного познания.

Принцип инерции: сформулировал принцип инерции (если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения); акон инерции сделал движение тел абсолютным явлением, а покой относительным – два движущихся тела покоятся относительно друг друга, если скорость движения одного из них относительно другого равна нулю. Из этого закона вытекало, что все тела, так или иначе, находятся в движении. До него считалось, наоборот, что все тела находятся в покое и сила только перемещает тело из одного места в другое. В принципе закон инерции является отражением принятого утверждения о существовании времени как равномерного процесса в реальном мире. Если время двигается равномерно само по себе, то и в реальном мире тоже что-то должно было двигаться равномерно и без побуждения. Поскольку движения по кривой определённо требовали искривляющую силу, то для такого равномерного движения без побуждения было избрано движение по прямой линии. Инертность - свойство тела в большей или меньшей степени препятствовать изменению своей скорости относительно инерциальной системы отсчёта при воздействии на него внешних сил. Мерой инертности в физике выступает инертная масса. Принцип относительности Галилея: сформулировал принцип относительности движения (все системы, которые движутся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправны между собой в отношении описания механических процессов); Однако «отцом» принципа относительности заслуженно считается Галилео Галилей, который придал ему чёткую физическую формулировку, обратив внимание, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется. В своей книге «Диалоги о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом: «Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.». Следует отметить, что понятие инерциальной системы отсчёта - абстрактная модель, то есть некий идеальный объект, рассматриваемый вместо реального объекта (примерами абстрактной модели служат абсолютно твердое тело или нерастяжимая невесомая нить). Реальные системы отсчёта всегда связаны с каким-либо объектом или объектами, и соответствие реально наблюдаемого движения тел в таких системах с результатами расчётов будет неполным. Существуют такие системы отсчёта, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО). Все другие системы отсчёта (например, вращающиеся или движущиеся с ускорением) называются соответственно неинерциальными. Проявлением неинерциальности в них является возникновение фиктивных сил, называемых «силами инерции».

Он совершенно правильно предположил, что полёт такого тела будет представлять собойсуперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. акже, по Галилею, камень из пращи летит по прямой, «Сообщенный импульсдействует по прямой линии», «брошенное тело приобретает импульс по касательнойк дуге, описанной движением бросающего в точке отрыва брошенного тела». «Ядро,выйдя из пушки…продолжит свое движение по прямой, продолжающей линию ствола,насколько его вес не заставит отклониться от этой прямой линии к земле».

Это позволяетпредставить движение как сложную сумму движения прямого и отклонения, причемпрямое может получиться и при компенсации действия тел и сил.

Галилей в 1580-хоткрыл закон часов, сохранения времени колебаний маятника, где тело переходилоиз «естественного» падения к «насильственному» подъему и обратно и в «Диалоге»заключил, что «сила, которая перемещает тело вверх, является не менеевнутренней, чем которая движет его вниз, и я считаю естественным как движениетяжелых тел вверх посредством сообщенного им импульса, так и движение вниз,зависящее от тяжести». А «с движущимся телом на поверхности, которая неподнимается и не опускается?», «Когда тело движется по горизонтальнойплоскости, не встречая никакого сопротивления движению, то…движение егоявляется равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскостьпростиралась в пространство без конца» (хотя «движущемуся телу невозможнодвигаться вечно прямолинейным движением»).

Галилей установилтакже принцип относительности (11.6) такого движения «с любой скоростью, итогда, если движение будет только равномерным…все явления не изменяются инельзя установить, движется корабль или стоит неподвижно». Это объясняло,почему мы не замечаем движения Земли вокруг Солнца и своей оси, по Копернику, авидим движение Солнца и звезд относительно нас. По Галилею, такое«инерциальное» движение системы может быть и круговым, что позже пересмотрелиНьютон и Эйнштейн в теории относительности (11кл.). Инерциальная системаотсчета – модель, используемая в физике для анализа и рассмотрения реальныхдвижений как суммы абстрактных, включая условия их близости, приближения.

Это выражает сохранениескорости и импульса, явление и понятие инерции, по Ньютону, «ЗаконI. Всякое тело сохраняетсостояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и посколькуоно не изменяется силой». Это отвечает условию, когда на тело не действуютдругие тела или их действие компенсируется. Далее можно установитьколичественную меру сил и инерции.

Находясь в Падуанском университете, Галилей изучал инерцию и свободное падение тел. В частности, он заметил, что ускорение свободного падения не зависит от веса тела, таким образом опровергнув первое утверждение Аристотеля.В своей последней книге Галилей сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально времени, а путь - пропорционально квадрату времени . В соответствии со своим научным методом он тут же привёл опытные данные, подтверждающие открытые им законы. Более того, Галилей рассмотрел (в 4-й день «Бесед») и обобщённую задачу: исследовать поведение падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью. Он совершенно правильно предположил, что полёт такого тела будет представлять собой суперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. Галилей доказал, что указанное, а также любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе. В истории науки это первая решённая задача динамики. В заключение исследования Галилей доказал, что максимальная дальность полёта брошенного тела достигается для угла броска 45° (ранее это предположение высказал Тарталья, который, однако, не смог его строго обосновать). На основе своей модели Галилей (ещё в Венеции) составил первые артиллерийские таблицы.

Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды (это приблизительно верно для малых амплитуд) . Он также обнаружил, что периоды колебаний маятника соотносятся как квадратные корни из его длины. Результаты Галилея привлекли внимание Гюйгенса, который изобрёл часы с маятниковым регулятором (1657); с этого момента появилась возможность точных измерений в экспериментальной физике.